DE2155470B2 - Method for digitally determining the position of the zero crossings of a sinusoidal alternating current signal - Google Patents

Method for digitally determining the position of the zero crossings of a sinusoidal alternating current signal

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gitalen Bestimmen der Lage der Nulldurchgänge nes sinusförmigen Wechselstromsignals.The invention relates to a method for digitally determining the position of the zero crossings a sinusoidal alternating current signal.

In der deutschen Auslegeschrift 1 176254 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Maximal- bzw. Minimal-Werten der Wechselstromgröße eines von dieser Schaltungsanordnung galvanisch getrennten Steuerkreises beschrieben, die neben anderen Bauteilen eine Impulsformerstufe enthält, die auf die Nulldurchgänge der Wechselstromgröße anspricht.In the German Auslegeschrift 1 176254 is one Circuit arrangement for monitoring maximum and minimum values of the alternating current magnitude one of this circuit arrangement galvanically separated control circuit described, in addition to others Components contains a pulse shaper stage that responds to the zero crossings of the alternating current quantity.

In elektrischen Starkstromnetzen treten verschiedene Betriebsstörungen oder Fehler auf, von denen insbesondere Kurzschlüsse zwischen Starkstromleitungen untereinander oder zwischen Starkstromleitungen und Erde infolge von Blitzeinschlägen als wichtige Beispiele zu nennen sind. Gegen derartige Störungen bedürfen die Starkstromnetze eines wirksamen Schutzes. Für diesen Zweck sind bisher Schutzrelais üblich, die je nach der Art des zu schützenden Starkstromnetzes zu unterschiedlichen Schutzrelaissystemen zusammengefaßt werden.Various malfunctions or errors occur in electrical power networks, of which in particular short circuits between power lines or between power lines and earth as a result of lightning strikes are important examples. Against such disturbances power grids require effective protection. Protection relays are currently used for this purpose It is common to have different protective relay systems depending on the type of power network to be protected be summarized.

Meist werden Schutzrelais, die sich beispielsweise zum Erfassen einer auf eine Störung zurückgehenden Unterspannung sowie des Abstandes oder der Richtung der Störung eignen, durch entsprechende analoge Schaltkreise realisiert, die auf die entsprechende Funktion eingerichtet sind. In der Praxis erweisen sich daher für den wirksamen Schutz eines Starkstromnetzes Schutzrelais dieser Art in großer Anzahl als notwendig. Dies ist insofern nachteilig, als solche Schutzrelais nicht nur hohe Fertigungskosten verursachen, sondern auch bei ihrer Überwachung und Wartung erhebliche Schwierigkeiten bereiten können.Protection relays are mostly used, for example, to detect a fault Undervoltage as well as the distance or the direction of the disturbance are suitable, through corresponding analog Realized circuits that are set up for the corresponding function. In practice, therefore, turn out to be For the effective protection of a high-voltage network, protective relays of this type in large numbers than necessary. This is disadvantageous in that such protective relays not only cause high manufacturing costs, but also can also cause considerable difficulties in their monitoring and maintenance.

Ausgehend von der neueren Entwicklung von Digitalrechnern ist daher bereits versucht worden, die bekannten Schutzrelais durch universelle Digitalrechner zu ersetzen. Angesichts der von einem Schutzrelais geforderten hohen Betriebszuverlässigkeit sind entsprechende Anforderungen naturgemäß auch an einen als Ersatz für Schutzrelais eingesetzten Digitalrechner zu stellen, über entsprechende Versuche wurde von G. D. Rock fei !er in einer Arbeit mit dem Titel »Fault Protection with a Digital Computer« (Paper Nr. 68 TP 625-PWR) auf dem IEEE Summer Power Meeting, vom 23. bis 28. Juli 1968, und von G. D. Rock fei ler und E.A. Udren in einer Arbeit mit dem Titel »High-speed Distance Relaying Using a Digital Computer« (Paper Nr. 71 TP567-PWR) auf dem IEEE Summer Meeting and International Symposium on High Power Testing, vom 18. bis 23. JuIi 1970, berichtet.Based on the more recent development of digital computers, attempts have therefore already been made to develop the known Replace protective relays with universal digital computers. Given by a protection relay The required high operational reliability are, of course, also required of one to provide digital computers used as a replacement for protective relays, through appropriate experiments was made by G. D. Rock fei! Er in a work entitled "Fault Protection with a Digital Computer" (Paper No. 68 TP 625-PWR) at the IEEE Summer Power Meeting, July 23-28, 1968, and by G. D. Rock fei ler and E.A. Udren in a job with the title "High-speed Distance Relaying Using a Digital Computer" (Paper No. 71 TP567-PWR) at the IEEE Summer Meeting and International Symposium on High Power Testing, from 18. to July 23, 1970, reported.

Beide Arbeiten lassen klar erkennen, daß ein starkes Bedürfnis für den Ersatz der bekannten Schutzrelais durch Digitalrechner besteht.Both works clearly show that there is a strong need to replace the known protective relay consists of digital computers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, auf dem sich die Kenngrößen von Wechselstromsignalen, wie sie beispielsweise für den Funktionsablauf in Schutzrelais von Bedeutung sind, und insbesondere die zeitliche Lage der Nulldurchgänge der Wechselstromsignale in rein digitaler Weise bestimmen lassen.The invention is therefore based on the object of specifying a way in which the parameters of alternating current signals, such as those of importance for the functional sequence in protective relays are, and in particular the timing of the zero crossings of the alternating current signals in purely digital Let determine wise.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wechselstromsignal mit einer festen Abtastperiodendauer Ii = t„ — („_!, die kleiner ist als die Hälfte der Periodendauer T des Wechselstromsignals, in seiner Amplitude A(t) abgetastet wird, daß die ermittelten Amplitudenwerte über eine vorgebbare Zeit hinweg gespeichert und für jeweils zwei aufeinanderfolgende Abtastungen paarweise miteinander multipliziert werden, daß das Vorzeichen der erhaltenen Ampliludenwertprodukte bestimmt wird und daßThis object is achieved according to the invention in that the alternating current signal is sampled in its amplitude A (t) with a fixed sampling period Ii = t "- (" _ !, which is less than half the period T of the alternating current signal, so that the determined amplitude values are stored over a predeterminable time and are multiplied in pairs for two consecutive scans so that the sign of the amplitude value products obtained is determined and that

für jedes Amplitudenwertpaar/l(tn_i) und A(In), für das sich ein Produkt A(^1)-A(tn) s? 0 ergibt, der Abszissenschnittpunkt für eine durch diese Amplitudenwerte hindurchgehende Gerade berechnet wird.for each amplitude value pair / l (t n _i) and A (I n ), for which a product A (^ 1 ) -A (t n ) s? 0 results, the point of intersection of the abscissa is calculated for a straight line passing through these amplitude values.

Mit Hilfe der im Rahmen der Erfindung unmittelbar bestimmten Amplitudenwerte einerseits und der an Hand dieser Amplitudenwerten berechneten Nullstellen der behandelten Wechselstromsignale andererseits lassen sich praktisch alle interessierenden Bestimmungsgrößen fur die Wechselstromsignale ge- ίο winnen, wobei als Beispiele die Frequenz und die Maximalwerte eines Wechselstromsignals, die Phasendifferenz zwischen zwei verschiedenen Wechselstromsignalen und die Wechselstromimpedanz und die Wechselstromleistung für einen Verbraucher genannt werden können.With the aid of the amplitude values determined directly within the scope of the invention on the one hand and the on On the other hand, zeros of the treated alternating current signals calculated using these amplitude values practically all relevant determinants for the alternating current signals can be determined derive, where as examples the frequency and the maximum values of an alternating current signal, the phase difference between two different AC signals and the AC impedance and the AC power for a consumer can be named.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also eine rein digitale Erfassung aller Bestimmungsstücke · Tür ein Wechselstromsignal und dairit beispielsweise auch die Nachbildung der analogen Funktionen von Schutzrelais, wie sie bisher für den Schutz von Starkstromnetzen üblich sind.The method according to the invention thus enables a purely digital recording of all items to be determined An AC signal and, for example, the simulation of the analog functions of Protection relays, as they have been customary for the protection of high-voltage networks up to now.

Für die nachfolgende weitere Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen; dabei zeigt in der ZeichnungFor the following further explanation of the invention, reference is made to the drawing; thereby shows in the drawing

Fig. 1 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung,1 shows a signal diagram to explain the basic principle of the invention,

F i g. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung, wie die Erfindung insbesondere zur Erfassung der Frequenzen von Sinussignalen benutzt wird,F i g. 2 shows a signal diagram to explain how the invention is used in particular for detecting the frequencies is used by sinusoidal signals,

F i g. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung, wie die Erfindung insbesondere zur Erfassung einer Phasendifferenz zwischen Sinussignalen benutzt wird,F i g. 3 shows a signal diagram to explain how the invention is used, in particular, to detect a phase difference is used between sinusoidal signals,

Fig. 4a bis 4k Signaldiagramme zur Erläuterung der möglichen Diskriminierung oder Unterscheidung von Signalverläufen, die zwischen, Sinussignalen im Fall von Pnasendifferenzerfassung wie in F i g. 3 auftreten,4a to 4k are signal diagrams for explaining the possible discrimination or differentiation of waveforms that occur between, sinusoidal signals in the case of phase difference detection as in FIG. 3 appear,

F i g. 5 das grundlegende Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung,F i g. 5 shows the basic block diagram of an embodiment according to the invention,

F i g. 6 ein ImpedanzdiagramiE zur Erläuterung der Leitwertkennlinie eines Schutzrelais,F i g. 6 an impedance diagram to explain the conductance characteristic of a protective relay,

Fig. 7 einen Programmablaufplan für die Erfassung der Nullstellen von Wechselstromsignalen,7 shows a program flow chart for the detection of the zeros of alternating current signals,

Fig. 8 einen Programmablaufplan für die Erfassung von Phasendifferenzen zwischen Sinus-Wechselstromsignalen, 8 shows a program flow chart for the detection of phase differences between sinusoidal alternating current signals,

F i g. 9 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Frequenzrelais darstellt,F i g. 9 is a program flow chart showing the function of a frequency relay;

Fig. 10 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Spitzenwerterfassungsrelais darstellt,10 is a program flow chart showing the function of a peak value detection relay;

Fig. 11 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Leistungserfassungsrelais darstellt,11 is a program flow chart showing the function of a power measurement relay,

Fig. 12 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Impedanzrelais darstellt, undFig. 12 is a program flow chart showing the function of an impedance relay, and

Fig. 13 den Aufbau der Diskriminator- oder Entscheiderstufe im Blockschaltbild in Fig. 5, und zwar mit Einheiten, die jeweils eine einzige Funktion ausführen und den Programmablaufplan in F i g. 8 realisieren. 13 shows the structure of the discriminator or decision-maker stage in the block diagram in Fig. 5, with units each performing a single function and the program flow chart in FIG. 8 realize.

F i g. 1 zeigt in einem cartesischen Koordinatensystem ein Sinus-Wechselstrcmsignal A (t), im folgenden kurz Wechselstrom-Signal genannt, dessen Amplitude mit der Zeit variiert, wobei die Abszisse und die Ordinate die Zeit bzw. die Amplitude angeben. F i g. 1 gibt an, wie die Nullstellen des Wechselstromsignals A (ή nach dem erfindungsgemäßem Verfahren erfaßt werden.F i g. 1 shows, in a Cartesian coordinate system, a sinusoidal alternating current signal A (t), hereinafter referred to as alternating current signal for short, the amplitude of which varies with time, the abscissa and the ordinate indicating the time and the amplitude, respectively. F i g. 1 indicates how the zeros of the alternating current signal A (ή are detected according to the method according to the invention.

Es sei zunächst angenommen, daß die Amplitude des Wechselstromsignals A(t) zu einem Zeitpunkt I1 /4U1) beträgt, während sie zu einem anderen Zeitpunkt t2 den Wert A(I2) hat, wie ohne weiteres aus F j g 1 ersichtlich ist. Wenn die folgende Ungleichung gilt:It is initially assumed that the amplitude of the alternating current signal A (t) at one point in time is I 1 / 4U 1 ), while at another point in time t 2 it has the value A (I 2 ) , as can be readily seen from FIG is. When the following inequality holds:

A(I1)-A(I2)^O, (1) A (I 1 ) -A (I 2 ) ^ O, (1)

muß eine Nullstelle des Wcchselstromsignals^U) zwischen den beiden Zeitpunkten tx und t2 liegen, d.h., A(t) wird gleich Null für einen Zeitpunkt t, der der Gleichung genügt: tt^i^ r2. Dies ist immer richtig, wenn das Intervall A t zwischen I1 und t2 kürzer als die Periode T des Wechselstromsignals A(t) ist.A zero point of the alternating current signal ^ U) must lie between the two times t x and t 2 , that is, A (t) becomes equal to zero for a time t which satisfies the equation: t t ^ i ^ r 2 . This is always correct when the interval A t between I 1 and t 2 is shorter than the period T of the alternating current signal A (t) .

Unter der Annahme, daß die Nullstelle des Wechselstromsignals Λ (t) zwischen r, und t2 liegt, sei jetzt betrachtet die Beziehung zwischen einerseits einem Zeitpunkt tu (der Null sein soll) auf der Abszisse, wo eine Gerade durch den Punkt, der A(I1) darstellt, und dem Punkt, der A(t2) darstellt, die Abszisse schneidet und andererseits einem Zeitpunkt t12 (tatsächlich Null) auf der Abszisse, wo A U) Null wird, d. h., ,4(J12) = 0. Es ist bekannt, daß, wenn die Punktet! und t2 geeignet gewählt werden, die Punkte tn und i12 zusammenfallen können. Bei einer beliebigen Wahl von I1 und t2 unterscheiden sie sich jedoch gewöhnlich voneinander. Das Zeitintervall A tn von T1 bis I11 und das Zeitintervall Δ tl2 von tn bis I2 sind durch folgende Ausdrücke gegeben:Assuming that the zero point of the alternating current signal Λ (t) lies between r 1 and t 2, consider the relationship between, on the one hand, a point in time t u (which should be zero) on the abscissa, where a straight line through the point A (I 1 ) , and the point representing A (t 2 ) intersects the abscissa and, on the other hand, a point in time t 12 (actually zero) on the abscissa where A U) becomes zero, that is,, 4 (J 12 ) = 0. It is known that if the scores! and t 2 are suitably chosen, the points t n and i 12 can coincide. With any choice of I 1 and t 2 , however, they usually differ from one another. The time interval A t n from T 1 to I 11 and the time interval Δ t l2 from t n to I 2 are given by the following expressions:

Ahl ~ Ahl ~

At„ =At "=

Uu2)IUu 2 ) I

At, (2) At, (2)

At. (3) At. (3)

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 folgt daraus, daß hi = h + Δ tn ist. Daher kann die angenommene Nullstelle A U1,) des WecbselstromsignalsXU) erhalten werden. Es sei jetzt die Differenz zwischen den Punkten tu und t12 untersucht, d. h. die Abweichung Δ ta in dem Fall, daß die Abszisse t12, die den tatsächlichen Nullwert A(tl2) ergibt, ungefähr durch Verwendung der Abszisse I11 gewonnen wird, die den angenommenen Nullwert A(tn) ergibt, und der Ausdrücke (2) und (3) von oben. Es folgt aus Näherungsoder rekursiven Rechnungen, wenn viele willkürliche Werte, die kleiner als die Hälfte der Periode 7 des Wechselstroms A (t) sind, für At eingesetzt werden, daß die Abweichung A ta höchstens gleich etwa V36 sr Radian (= 5°) in Termen der Phasenwinke! ist, die dem Wechselstromsignal A (t) zugeordnet sind, wenn /11 Werte kleiner T/4 annimmt.Referring to FIG. 1, it follows that hi = h + Δ t n . Therefore, the assumed zero A U 1 ,) of the AC signal XU) can be obtained. Let us now examine the difference between the points t u and t 12 , ie the deviation Δ t a in the event that the abscissa t 12 , which gives the actual zero value A (t 12 ) , is obtained approximately by using the abscissa I 11 which gives the assumed zero value A (t n ) , and expressions (2) and (3) above. It follows from approximate or recursive calculations, if many arbitrary values that are smaller than half of the period 7 of the alternating current A (t) are substituted for At , that the deviation A t a is at most equal to about V 36 sr radians (= 5 ° ) in terms of the phase angle! which are assigned to the alternating current signal A (t) when / 1 1 takes values smaller than T / 4 .

Entsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Berechnung der Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) über die oben angeführten Ausdrücke(1). (2) und (3), wobei ein Abtastsignal verwendet wird, das eine Abtastperiode .11 hat, die kürzer als ein Viertel der Periode T des Wechselstromsignals A (t) ist. Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur digitaler Verarbeitung von Wechselstrom auf der Grundlage vn derartigen Nullstellen angegeben, wie sie auf dem vorher erläuterten Wege erhalten werden, wobei durch dieses Verfahren dasselbe Ergebnis erzielt werden kann, wie mit einem gegenwärtig in Gebrauch befindlichen Schutzrelaissystem.Accordingly, the invention relates to a method for calculating the zero point of the alternating current signal A (t) using the above expressions (1). (2) and (3), using a sampling signal which has a sampling period .1 1 that is shorter than a quarter of the period T of the AC signal A (t) . The invention also provides a method for digitally processing alternating current on the basis of such zeros as obtained in the manner previously explained, which method can achieve the same result as with a protective relay system currently in use.

F i g. 2 ist ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Gewinnung der Nullstellenabweichung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist, speziell für die Frequenzerfassung des Wechselstromsignals A(t). Das Wechselstromsignal A(i) wird zu Zeitpunkten r,, t2, f3 ... t14 ... abgetastet, wobei dieF i g. FIG. 2 is a signal diagram for explaining the extraction of the zero deviation, as has been described in connection with FIG. 1, especially for the frequency detection of the alternating current signal A (t). The alternating current signal A (i) is sampled at times r 1 , t 2, f 3 ... t 14 ..., the

Abtastperiode,Ir so gewählt ist, daß ..Ir <χΓ gilt.Sampling period, Ir is chosen so that ..Ir <χΓ.

wenn T die Periode des Wechselstromsignals A (t) ist. Wie aus der vorangegangenen Erläuterung in Bezugnähme auf F ig. 1 hervorgeht, sind die Produkte/Kr1) · A(t2), AU1) · /IU8) und A(tl3) · A(tl4) sämtlich negativ: wobei /IUi), ^U7) und -4(t13) die Momentanwerte des Wechselstromsignals A(r) sind, das in den Zeitpunkten r,, r7 und r,3 abgetastet ist, und ferner A(I2), /IU8) und A(tlA) die Momentanwerte von A(t), abgetastet in den Zeitpunkten r2, r8 und r14, die nach einer Abtastperiode I f auf die Zeitpunkte r,, r7 bzw. f13 folgen. Es ist ferner ersichtlich, daß bei r2, r8 und I14 Nullstellen zwischen r, und r2, r7 und r8 sowie rI3 und t14 auftreten. Infolgedessen können die Zeiten ,U11, If12, .It1',, IrJ2, .U1" bzw. At{'2 von r, bis zur ersten Nuilstelle, von r2 bis zur ersten Nullstelle, von r7 bis zur zweiten Nullstelle, von r8 bis zur zweiten Nullstelle bzw. von r13 bis zur dritten Nullstelle und von f14 bis zur dritten Nullstelle (vgl. Fig. 1) über das in F i g. 1 erklärte Verfahren gewonnen werden. Diewhen T is the period of the AC signal A (t) . As can be seen from the previous explanation with reference to FIG. 1, the products / Kr 1 ) * A (t 2 ), AU 1 ) * / IU 8 ) and A (t l3 ) * A (t l4 ) are all negative: where / IUi), ^ U 7 ) and -4 (t 13 ) are the instantaneous values of the alternating current signal A (r), which is sampled at times r ,, r 7 and r, 3 , and further A (I 2 ), / IU 8 ) and A (t 1A ) the instantaneous values of A (t), sampled at times r 2 , r 8 and r 14 , which after a sampling period I f follow the times r 1 , r 7 and f 13, respectively. It can also be seen that at r 2 , r 8 and I 14 zeros occur between r 1 and r 2, r 7 and r 8 and r I3 and t 14 . As a result, the times, U 11 , If 12 , .It 1 ',, IrJ 2 , .U 1 "or At {' 2 can range from r, to the first zero, from r 2 to the first zero, from r 7 to to the second zero, from r 8 to the second zero or from r 13 to the third zero and from f 14 to the third zero (see FIG. 1) using the method explained in FIG

Periode T und deren Halbperiode -y sind dann durch die folgenden Gleichungen gegeben:Period T and its half-period -y are then given by the following equations:

— = 5 Ir + Ir12 + W1',,- = 5 Ir + Ir 12 + W 1 ',,

T = ll.fi+ 1 f]2 + Ir1',' T = ll.fi + 1 f ] 2 + Ir 1 ','

(4)(4)

(5)(5)

3535

Entsprechend kann durch Berechnung des Kehrwerts von T aus der obigen Formel 4 oder 5 die Frequenz des Wechselstromsignals A (t) bestimmt werden. Der Multiplikationsfaktor, d. h. der Zahlenkoeffizient. von .1 r in der Gleichung 4 ist gleich der Anzahl k der Abtastimpulse, die nicht zur Herleitung der Nullstellen des Wechselstromsignals A(t) gehören, während der Multiplikationsfaktor von If in der Gleichung 5 gleich k + 1 ist. Obwohl die Periode Γ des Wechselstromsignals A (r) aus beiden Formeln 4 und 5 gewonnen werden kann, sollte die Formel 5 benutzt werden, wenn der Wechselstrom A(t) eine transienle GleichstromVcrnponente enthält.Accordingly, by calculating the reciprocal of T from the above formula 4 or 5, the frequency of the alternating current signal A (t) can be determined. The multiplication factor, i.e. the number coefficient. of .1 r in equation 4 is equal to the number k of sampling pulses that do not belong to the derivation of the zeros of the alternating current signal A (t) , while the multiplication factor of If in equation 5 is equal to k + 1. Although the period Γ of the AC signal A (r) can be obtained from both Formulas 4 and 5, Formula 5 should be used when the AC current A (t) contains a transient DC component.

Es 3oi jetzt F i g. 3 betrachtet, mit deren Hilfe die Erfassung der Phasendifferenz zwischen den Wechselstromsignalen AU) und B(r) durch gleichzeitige Abtastung mit einer vorbestimmten Abtastperiode 11 beschrieben werden soll. Gemäß Fig. 2 sind die Wechselströme A (t) und ß(r) gleichzeitig Abtastungen bei fj, r2 ... f,3, f14 ... ausgesetzt, um die entsprechenden Momentanwerte AU1), B(I1), A(t2), B(t2) ... A(tn), B(In), /4(f14), B(r14) ... zu erzeugen. Für den Wechselstrom AU) ist die Bestimmung der Nullstellen zu den Zeitpunkten r2 und ?g möglich, während für das Wechselstromsignal B(t) die Nullstellen bei <5 und tn erfaßt werden können. Wenn also die Zeiten.It11, At12, If,',, ,ItJ2, ,-Ii1" und Ir12 usw. aus den entsprechenden Abtastpunkten zu den zugehörigen Nullstellen gewonnen werden können, betragen die Phasendifferenzen ψ zwischen den Wechselstromsignalen A (t) bzw. B(t) für die Zeitpunkte f5 und r8:It 3oi now F i g. 3 considered, the detection of the phase difference between the alternating current signals A U) and B (r) will be described by simultaneously sampling at a predetermined sampling period 1 1 with the aid. According to FIG. 2, the alternating currents A (t) and ß (r) are simultaneously sampled at fj, r 2 ... f, 3 , f 14 ... in order to obtain the corresponding instantaneous values AU 1 ), B (I 1 ) , A (t 2 ), B (t 2 ) ... A (t n ), B (I n ), / 4 (f 14 ), B (r 14 ) ... For the alternating current AU) the determination of the zeros at the times r 2 and? g possible, while for the alternating current signal B (t) the zeros at < 5 and t n can be detected. If the times.It 11 , At 12 , If, ',,, ItJ 2 ,, -Ii 1 "and Ir 12 etc. can be obtained from the corresponding sampling points to the associated zero positions, the phase differences ψ between the alternating current signals A are (t) or B (t) for the times f 5 and r 8 :

9 = U12 + 2.If + IfJ1. (6)9 = U 12 + 2.If + IfJ 1 . (6)

9 = .7 - (.lr;2 + 2.Ir + Jr1O- (7)9 = .7 - (.lr; 2 + 2.Ir + Jr 1 O- (7)

Hier sind also die Koeffizienten von .Ir in den obigen Gleichungen 6 und 7 gleich der Anzahl der Abtastimpulse, die nicht für die Nullstellengewinnung des Wechselstromsignals einschlägig sind, wie die vorhergehende Erläuterung mit Hilfe von Fig. 2 gezeigt hat.So here the coefficients of .Ir in equations 6 and 7 above are equal to the number of Sampling pulses that are not relevant to the zero point extraction of the AC signal, such as the has shown the previous explanation with the aid of FIG.

Infolgedessen nehmen die Ausdrücke für die Berechnung der Phasendifferenz zwischen A(t) und ß(r) die beiden Formeln 6 und 7 an. die von den Nullstellen der Nullstellenberechnung abhängt, obwohl die Korrelation zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und ß(r) invariant bleibt. Das ist der Fall, weil erfindungsgemäß, wie aus der Erklärung von F i g. 1 ersichtlich ist. die Ermittlung der Nullstellen unabhängig davon durchgeführt wird, ob die Amplitude des Wechselstromsignals A(ί) von einem negativen zu einem positiven Wert variiert oder umgekehrt. Daher ist es notwendig, die Beziehung zwischen A(i) und ß(r) zu berücksichtigen, wenn eine der Formeln 4 und 5 verwendet werden soll.As a result, the expressions for calculating the phase difference between A (t) and β (r) take both formulas 6 and 7. which depends on the zeros of the zero calculation, although the correlation between the alternating current signals A (t) and ß (r) remains invariant. This is the case because according to the invention, as can be seen from the explanation of FIG. 1 can be seen. the determination of the zeros is carried out regardless of whether the amplitude of the alternating current signal A (ί) varies from a negative to a positive value or vice versa. Therefore, it is necessary to consider the relationship between A (i) and ß (r) when either of formulas 4 and 5 are to be used.

Welche dieser Formeln zu wählen ist, kann leicht bestimmt werden, indem die in Fig. 4a bis 4k gezeigten Signalverläufe untersucht werden.Which of these formulas to choose can easily be determined by those shown in Figures 4a through 4k Signal curves are examined.

Fig. 4 a bis 4d zeigen Signal verlaufe, bei denen die Phasendifferenz 9- zwischen den WechselstromsignalenFig. 4 a to 4d show signal courses in which the Phase difference 9- between the AC signals

/I U) und ß(r) gleich oder kleiner y ist. wobei die Signalverläufe in Fig. 4a und 4b dem Fall V ^ 9- > Jr (Ir ist die Abtastperiode mit/ I U) and ß (r) is equal to or less than y. where the Signal curves in Fig. 4a and 4b for the case V ^ 9- > Jr (Ir is the sampling period with

-^- > Ir > O) und die Signalverläufe in Fig. 4c- ^ -> Ir> O) and the signal curves in Fig. 4c

und 4d dem Fall U 2: 9 > 0 entsprechen. Fig. 4e und 4f geben die Signalverläufe an. bei denen die Phasendifferenz η gleich Null ist, während Fig. 4g den Fall 9- = π erfaßt. In den Signalverläufen vonand 4d correspond to the case U 2: 9> 0. FIGS. 4e and 4f indicate the signal profiles. in which the phase difference η is equal to zero, while FIG. 4g covers the case 9- = π. In the waveforms of

Fig. 4h bis 4k gilt y < 9 < τι. Genauer gesagt.4h to 4k, y <9 < τι applies. To be more precise.

-5- < 9 g (.-τ — U) für Fig. 4h und 4i. und weiter-5- <9 g (.-Τ - U) for Fig. 4h and 4i. and further

{n — Ir) < ψ g .-7 für F i g. 4j und 4k. Zusammenfassend ist also zu sagen, daß die Signalverläufe ir Fig. 4a bis 4d den Fällen entsprechen, wo das Wechselstromsignal A (t) in Phase gegenüber dem Wechselstromsignal B(t) verzögert ist, in F i g. 4g A (t in Gegenphase zu B(r) liegt, und in F i g. 4a bis 4k A (t in der Phase B(r) voreilt. Die Bedingungen oder Zu stände a, b und c, die in F i g. 4a bis 4k jedem Signal-Verlaufsdiagramm zugeordnet sind, geben eine quanti tative Basis für die Diskriminierung oder Unterschei dung in der Phasenrelation zwischen A(t) und ß(f) Selbst wenn die Phasenbeziehungen zwischen A(t und B(f), wie in F i g. 4a bis 4k gezeigt ist, umgekehr werden, ist die Phasendiskriminierung möglich durcl bloßes Vertauschen der Rollen von A(t) und B(r) ii den Zuständen α und b. Infolgedessen sollte, wie au F i g. 3 und den Formeln 5 und 7 ersichtlich ist, dl· Phasendifferenz ψ über die Formel 6 errechnet wer den, wenn einer der Signalverläufe von Fig. 4; bis 4d vorliegt, oder mittels der Formel 7 zu einen der Signalverläufe von Fig. 4h bis 4k. {n - Ir) < ψ g. -7 for F i g. 4j and 4k. In summary, it can be said that the waveforms in FIGS. 4a to 4d correspond to the cases where the alternating current signal A (t) is delayed in phase with respect to the alternating current signal B (t), in FIG. 4g A (t is in phase opposition to B (r), and in FIG. 4a to 4k A (t leads in phase B (r). The conditions or states a, b and c shown in FIG 4a to 4k are assigned to each signal curve diagram, give a quantitative basis for the discrimination or differentiation in the phase relation between A (t) and β (f) even if the phase relation between A (t and B (f) is like g in F i.'s 4a to 4k, the reverse traffic are the phase discrimination possible durcl merely interchanging the roles of A (t) and α B (r) ii states and b. as a result, should such au F i g. 3 It can be seen from formulas 5 and 7 that the phase difference ψ is calculated using formula 6 if one of the signal curves from FIGS. 4 to 4d is present, or using formula 7 for one of the signal curves from FIGS. 4h to 4k.

Es sei jetzt erörtert, wie die Signalverlüufe von Fig. 4a bis 4k zu interpretieren sind. Die Ablastpunkte t, und t2 entsprechen t4 und I5, I1 und ra oder I10 und Jn in Fig. 3. Die Abtastperiode ist If. Die Punkte i01 und J02 sind die Punkte, bei denen das Wechselstromsignal B(f) bzw. A{t) vom negativen Pegel auf positiven Pegel oder vom positiven Pegel auf negativen Pegel kommt. Die Wechselstromsignaleß(f) und A(t) werden nämlich bei (01 bzw. f02 Null. In Fig. 4a bis 4k sind tm und f02 tatsächliche oder wirkliche Nullstellen von B(t) und ~A(t\ sie können jedoch als die vermuteten oder angenommenen Nullstellen angesehen werden, wie sie entsprechend dem Vorgehen von F i g. 1 erhalten weiden, d. h. T11 in Fig. 1. Die Zeitintervalle , 1T1 und Ii01 werden von i01 bis r2 bzw. von i02 bis t2 gemessen.It will now be discussed how the signal waveforms of FIGS. 4a to 4k are to be interpreted. The sampling points t 1 and t 2 correspond to t 4 and I 5 , I 1 and r a or I 10 and J n in FIG. 3. The sampling period is If. The points i 01 and J 02 are the points at which the alternating current signal B (f) or A {t) comes from the negative level to the positive level or from the positive level to the negative level. Namely, the alternating current signals β (f) and A (t) become zero at (01 and f 02, respectively. In FIGS. 4a to 4k, t m and f 02 are actual or real zeros of B (t) and ~ A (t \ they can however, are regarded as the presumed or assumed zeros as obtained according to the procedure of FIG. 1, ie T 11 in FIG. 1. The time intervals, 1T 1 and Ii 01 become from i 01 to r 2 and from, respectively i 02 to t 2 measured.

Es sei jetzt die Phasendifferenz zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) berechnet, nachdem im Zeitpunkt t2 die Nullstelle von A (t) als zwischen f, und t2 liegend ermittelt worden ist. Wenn in diesem Fall gleichzeitig die folgenden Bedingungen erfüllt sind:Let us now calculate the phase difference between the alternating current signals A (t) and B (t) after the zero point of A (t) has been determined to be between f 1 and t 2 at time t 2 . In this case, if the following conditions are met at the same time:

a) AU1) >0, /4(T2) gO,a) AU 1 ) > 0, / 4 (T 2 ) gO,

b) BO1) ^ 0, B(t2) < 0,b) BO 1 ) ^ 0, B (t 2 ) < 0,

c) It0, > C02,c) It 0 ,> C 02 ,

wird die relative Lage von AU) und B(O im Signaldiagramm von Fig. 4d dargestellt. Die Formel 6 wird dann für die Berechnung der Phasendifferenz benutzt. Andere Signaldiagramme werden für andere Zustände genommen.the relative position of AU) and B (O is shown in the signal diagram of Fig. 4d. Formula 6 is then used to calculate the phase difference. Other signal diagrams are used for other states.

F i g. 5 ist das Blockschaltbild eines grundlegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei dieses Ausfuhrungsbeispiel die Frequenz des Wechselstromsignals und die Phasendifferenz zwischen verschiedenen Wechselstromsignalen erfassen kann. Die Anordnung in F i g. 5 hat zwei Eingänge Pur Wechselstromsignale A (t) und B(t), jedoch braucht nur eines der beiden Signale A(t) und ß(f) verwendet zu werden. Ein Taktimpulsgenerator 11 erzeugt eine Folge von Taktimpulsen mit einer vorbestimmten Abtastperiode,It. Abtastspeicher 13 und 15 speichern bei Empfang der Taktimpulse vom Taktimpulsgenerator 11 die Momentanwerte der Eingangssignale A U) und B{t) entsprechend den Taktimpulsen, die empfangen werden, bis der Betrieb eines Analog-Digital-Umsetzers, der noch zu beschreiben ist, beendet ist. Eine Steuerschaltung 17 liefert an verschiedene Stufen, die noch erläutert werden, vorbestimmte Steuersignale, die sich in einer vorbestimmten zeitlichen Lage zu den Taktimpulsen vom Generator 11 befinden. Eine Abtastschaltung 19 gibt die Ausgangssignale von den Abtastspeichern 13 und 15 abwechselnd in Abhängigkeit von einem Signal S, von der Steuerschaltung 17 weiter. Ein Analog-Digital-Umsetzer 21 setzt in Abhängigkeit von einem Signal S2 von der Steuerschaltung 17 die Ausgangssignale der Abtastspeicher 13 und 15 um, wobei die Ausgangssignale der Abtastspeicher 13 und 15, die über die Abtastschaltung 19 übertragen sind, in entsprechende Digitalsignale umgesetzt werden. Ein Pufferspeicher 23 speichert die Ausgangssignale des Analog-Digital-Umsetzers 21 in Abhängigkeit von einem Signal S3 von der Steuerschaltung 17. Ein Diskriminator 25 liest die Daten, die die Wechselstromsignale A(t) und BU) betreffen, aus dem Pufferspeicher 23 in Abhängigkeit von einem Signal S4 von der Steuerschaltung 17 aus und führt dann eine vorbestimmte arithmetische und eine diskriminierende Operation durch.F i g. 5 is the block diagram of a basic exemplary embodiment of the invention, this exemplary embodiment being able to detect the frequency of the alternating current signal and the phase difference between different alternating current signals. The arrangement in FIG. 5 has two inputs Pur alternating current signals A (t) and B (t), but only one of the two signals A (t) and ß (f) needs to be used. A clock pulse generator 11 generates a sequence of clock pulses with a predetermined sampling period, It. Sampling memories 13 and 15 store the instantaneous values of the input signals AU) and B {t) when the clock pulses are received from the clock pulse generator 11, corresponding to the clock pulses that are received until the operation of an analog-to-digital converter, which will be described later, has ended. A control circuit 17 supplies predetermined control signals to various stages, which will be explained below, which are in a predetermined time position with respect to the clock pulses from the generator 11. A sampling circuit 19 forwards the output signals from the sampling memories 13 and 15 alternately as a function of a signal S 1 from the control circuit 17. An analog-to-digital converter 21 converts the output signals of the sampling memories 13 and 15 as a function of a signal S 2 from the control circuit 17, the output signals of the sampling memories 13 and 15, which are transmitted via the sampling circuit 19, being converted into corresponding digital signals . A buffer memory 23 stores the output signals of the analog-digital converter 21 in response to a signal S 3 from the control circuit 17. A discriminator 25 reads the data relating to the alternating current signals A (t) and BU) from the buffer memory 23 in response from a signal S 4 from the control circuit 17 and then performs predetermined arithmetic and discriminatory operations.

Die von der Steuerschaltung 17 abgegebenen Signale S1, S2, S3 und S4 sind nicht von derselben Art, sondern verschieden, so daß der Diskriminator 25 die gewünschten Diskriminationsoperationen durchführen kann, wie noch beschrieben werden wird. Die Erläuterung des Blockschaltbilds in Fig. 5 und der Signalverläufe in F i g. 1 bis 4 wird zeigen, wie die The signals S 1 , S 2 , S 3 and S 4 output by the control circuit 17 are not of the same type, but different, so that the discriminator 25 can carry out the desired discrimination operations, as will be described later. The explanation of the block diagram in FIG. 5 and the signal curves in FIG. 1 through 4 will show how that

ίο Nullstellen, die Periode des Wechselstromsignals A(t) und die Phasendifferenz zwischen den Wechselstromsignalen AU) und ß(f) zu bestimmen sind. Operationen zur Bestimmung von Größen wie der Periode und der Phasendifferenz allein erfüllen jedoch nicht die Funktion eines Schutzrelais, wie es gegenwärtig verwendet wird. Es wird daher nun beschrieben, wie die aus der Schaltung mit dem obigen Aufbau gewonnenen Daten zu verwenden sind, um die Funktionen von verschiedenen Schutzrelais zu erfüllen.ίο zeroing, the period of the alternating current signal A (t) and the phase difference between the alternating current signals AU) and ß (f) are to be determined. Operations for determining quantities such as the period and the phase difference alone, however, do not fulfill the function of a protective relay as is currently used. It will therefore now be described how to use the data obtained from the circuit with the above structure to perform the functions of various protective relays.

1. Phasendifferenzerfassungs-Relais1. Phase difference detection relay

Der Diskriminator 25 ist so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Phasendifferenz?, die entsprechend dem Vorgehen von F i g. 3 und F i g. 4 a bis 4 k erhalten wird, größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ^0 ist,The discriminator 25 is designed so that it generates an output signal only when the phase difference? 3 and F i g. 4 a to 4 k is obtained, is greater or less than a predetermined value ^ 0 ,

2. Frequenzerfassungs-Relais2. Frequency detection relay

Der Diskriminator 25 ist so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Periode ΓThe discriminator 25 is designed so that it generates an output signal only when the period Γ

oder y T, die entsprechend dem Vorgehen von F i g. 2 erhallen wird, größer oder kleiner als ein gegebenes Zeitintervall T01 oder -j T01 (oder T02 oder y T02) ist,or y T, which according to the procedure of FIG. 2 is greater or less than a given time interval T 01 or -j T 01 (or T 02 or y T 02 ),

3. Spitzenwerterfassungs-Relais3. Peak value detection relay

Die Erregung oder Aberregung eines Relais, wie eines Uberspannungsrelais, eines Uberstromrelaisodei eines Unterspannungsrelais, das bei einer Erfassung eines Spitzenwerls in einem Wechselstromsignal A (t betätigt wird, wird folgendermaßen bestimmt:The excitation or de-excitation of a relay, such as an overvoltage relay, an overcurrent relay or an undervoltage relay, which is activated when a peak value is detected in an alternating current signal A (t , is determined as follows:

Wie aus dem Signaldiagramm von F i g. 2 hervor geht, kann die Zeit. If12 vom Zeitpunkt r2 bis zu Nullstelle des Wechselstromsignals A U) entsprechenc dem in F i g. 1 beschriebenen Vorgehen abgeleite werden, nachdem das Wechselstromsignal AU) bei f abgetastet worden ist. Der Momentanwert oder Ab tastwert AU2) des Wechselstromsignals AU) zum Zeit punkt f2 ist gegeben durch die Gleichung:As can be seen from the signal diagram of FIG. 2 shows, time can. If 12 from the time r 2 to the zero point of the alternating current signal AU) correspond to that in FIG. 1 after the AC signal AU) has been sampled at f. The instantaneous value or sample value AU2) of the alternating current signal AU) at the time point f 2 is given by the equation:

AU2) = Amax sin (Jf12), AU 2 ) = A max sin (Jf 12 ),

wobei Amax der Amplitudenspitzenwert des Wechsel Stromsignals A(t) ist. Daher ist der Spitzenwert Amc durch den Ausdruck gegeben:where A max is the peak amplitude of the alternating current signal A (t) . Hence the peak A mc is given by the expression:

A max —A max -

\ A(I2)]\ A (I 2 )]

I sin (.If12) II sin (.If 12 ) I.

der mittels allein der Daten ausgedrückt werden kam die zur Zeit f2 verfügbar sind. Auch die" Ablas werte A(I3) und A(U) des Wechselstromsignals A ( zu den Zeiten f3 und i4 werden entsprechend durch d; Formel berechnet:which can be expressed using only the data available at time f 2. The "Ablas values A (I 3 ) and A (U) of the alternating current signal A ( at times f 3 and i 4 are calculated according to d ; formula:

AU3) = Amaxsm (Jf + ,If12)
Λ (U) = Λ»« sin (2 Jf + ..H12).
AU 3 ) = A max sm (Jf +, If 12 )
Λ (U) = Λ »« sin (2 Jf + ..H 12 ).

(8") 309548/3(8 ") 309548/3

Entsprechend kann der Spitzenwert durch die folgenden Formeln gewonnen werden:Accordingly, the peak value can be obtained using the following formulas:

A A -

" max " max

A —A -

^1 max^ 1 max

I AU3) I AU 3 )

I sin (.,Ir + Ji12)II sin (., Ir + Ji 12 ) I.

\A(tA)\
I sin (2.If + .Ji12)I ·
\ A (t A ) \
I sin (2.If + .Ji 12 ) I

selstromkreis, angegeben werden durch Fsin™ι bzw. 1 sin mi — 7, die ImpedanzZ, die Reaktanz X und der Widerstandswert R des Stromkreises durch folgende Formeln bestimmt sind:circuit, given by Fsin ™ ι or 1 sin mi - 7, the impedance Z, the reactance X and the resistance value R of the circuit are determined by the following formulas:

Für andere Abtastpunkte I5. tb ... werden ähnliche Formeln über ähnliche Untersuchungen bestimmt.For other sampling points I 5 . t b ... similar formulas are determined using similar investigations.

Der Spitzenwert kann also für jeden Abtastpunkt erhalten werden, so daß eine Schutzeinrichtung, die auf den Spitzenwert des Eingangs- oder Eingabesignals anspricht, durch ein derartiges Vorgehen realisiert werden kann. In diesem Fall könnte eine zuverlässigere Diskriminierung erwartet werden, wenn vor dem Betrieb der Schutzeinrichtung sichergestellt wird, daß alle berechneten Ergebnisse für einige aufeinanderfolgende Abtastpunkte einer vorgegebenen Bedingung genügen, oder wenn der Spitzenwert für fc.If + If12 The peak value can thus be obtained for each sampling point, so that a protective device which responds to the peak value of the input or input signal can be realized by such an approach. In this case, a more reliable discrimination could be expected if it is ensured before the operation of the protective device that all the calculated results for some successive sampling points satisfy a predetermined condition, or if the peak value for fc.If + If 12

in nächster Nähe von y als Diskriminationskriterium der Anomalität verwendet wird, wobei k die Anzahl der Abtastimpulse ist, die nichts mit der Ableitung der Nullstellen des Signals zu tun haben.in close proximity to y is used as the anomaly discrimination criterion, where k is the number of sampling pulses that have nothing to do with the derivative of the zeros of the signal.

4. Leistungserfassungs-Relais4. Power measurement relay

Die Erregung oder Aberregung eines derartigen Relais als Leistungsrichtungsrelais oder als Leistungsaustauschüberwachungsrelais, das durch Erfassen einer Größe entsprechend dem Produkt von Spannung und Strom dient, wird folgendermaßen bestimmt:The excitation or de-excitation of such a relay as a power direction relay or as a power exchange monitoring relay, which is used by detecting a quantity corresponding to the product of voltage and current is determined as follows:

Es sei angenommen, daß die Wechselstromsignale AU) und B(t) in Fig. 3 die Spannung Fsinmf bzw. der Strom / sin (o>t — 9-) sind: in diesem Fall kann die Phasendifferenz 7 zwischen der Spannung und dem Strom entsprechend dem Vorgehen von F i g. 3 und 4 gewonnen werden. Aus der obigen Erläuterung des Spitzenwerterfassungs-Relais ist auch ersichtlich, daß der Spitzenwert der Spannung oder des Stroms für jeden Abtastpunkt ermittelt werden kann.Assume that the alternating current signals AU) and B (t) in Fig. 3 are the voltage Fsinmf and the current / sin (o> t -9-), respectively: in this case the phase difference 7 between the voltage and the current according to the procedure of FIG. 3 and 4 can be won. It can also be seen from the above discussion of the peak value detection relay that the peak value of the voltage or the current can be determined for each sampling point.

Andererseits ist die Leistung P als das Produkt von Spannung und Strom durch den Ausdruck gegeben: On the other hand, the power P as the product of voltage and current is given by the expression:

P = V-I cos<f. (10)P = VI cos <f. (10)

Daher kann die Leistung P aus getrennt erhaltenen Größen V, I und φ gewonnen werden, indem zunächst cos φ aus φ und dann das Produkt von V, I und cos 9 gebildet wird. Die so berechnete Leistung wird dann als Diskriminationskriterium für die Störung benutzt. In diesem Fall kann ein besonderer Wert von cos 7 aus einem der vorher gespeicherten Daten von cos 7 abgeleitet werden, der einem besonderen Wert von ψ entspricht, um die Berechnung von cos 9 zu vereinfachen. Therefore, the power P can be obtained from separately obtained quantities V, I and φ by first forming cos φ from φ and then forming the product of V, I and cos 9. The power calculated in this way is then used as a discrimination criterion for the disturbance. In this case, a special value of cos 7 can be derived from one of the previously stored data of cos 7, which corresponds to a special value of ψ in order to simplify the calculation of cos 9.

5. Impedanzerfassungs-Relais5. Impedance detection relay

Die Erregung oder Aberregung von einem derartigen Relais als einem Impedanzrelais, um als Entfernungsrelais oder als Leitwertrelais, als Richtungscntfernungsrelais zu dienen, das eine Größe entsprechend dem Verhältnis von Spannung zu Strom erfaßt, wird folgendermaßen bestimmt:The excitation or de-excitation of such a relay as an impedance relay, as a distance relay or as a conductance relay, as a direction distance relay to serve, which detects a quantity corresponding to the ratio of voltage to current is determined as follows:

Es ist allgemein bekannt, daß, wenn die Spannung und der Strom, gemessen in einem bestimmten Wech-It is well known that when the voltage and the current measured in a certain alternation

V T V T

sin ψ, R = — sin 7 . (11)sin ψ, R = - sin 7. (11)

Daher braucht nur das Verhältnis von Spannung zu Strom für das Impedanzrelais berechnet zu werden. Für das Reaktanzrelais oder das Widerstandswertrelais ist es ebenfalls nur notwendig, sin 9 oder cos <f Therefore only the voltage to current ratio for the impedance relay needs to be calculated. For the reactance relay or the resistance value relay, it is also only necessary to set sin 9 or cos <f

aus 7 zu ermitteln und das Produkt -y- sin 9 oderto be determined from 7 and the product -y- sin 9 or

1S ycos? zu berechnen. In diesem Fall wird beim Leistungserfassung-Relais ein besonderer Wert von sin 9 oder cos 7 aus einem der Daten von sin 9 oder cos φ erhalten, die vorher für verschiedene Werte von ψ gespeichert worden sind, das einem besonderen Wert von ψ entspricht. 1 S ycos? to calculate. In this case, with the power measurement relay, a special value of sin 9 or cos 7 is obtained from one of the data of sin 9 or cos φ which have been previously stored for different values of ψ , which corresponds to a special value of ψ.

F i g. 6 zeigt ein Impedanzdiagramm eines Leitwert-Relais, wobei der Widerstand auf der Abszisse und die Reaktanz auf der Ordinate aufgetragen sind.F i g. 6 shows an impedance diagram of a conductance relay, with the resistance on the abscissa and the reactance are plotted on the ordinate.

Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß das Leitwert-Relais einem Impedanzrelais (mit einer Einstellimpedanz Z0) entspricht, das parallel aus dem Koordinatenursprung in einen Punkt verschoben worden ist, dessen Abszisse und Ordinate gleich einem Einstellwidersfand R0 bzw. einer Einstellreaktanz X0 sind. Daher wird durch Verwendung von Z, X und R, erhalten aus den Gleichungen 11, die folgende Beziehung gewonnen:From Fig. 6 it can be seen that the conductance relay corresponds to an impedance relay (with a setting impedance Z 0 ) that has been shifted parallel from the coordinate origin to a point whose abscissa and ordinate are equal to a setting resistance R 0 and a setting reactance X 0 , respectively. Therefore, by using Z, X and R obtained from Equations 11, the following relationship is obtained:

(X0 - Xf + (K0 - R)2 ^ (X 0 - Xf + (K 0 - R) 2 ^

(12)(12)

Um die Funktion eines Leitwert-Relais auszuüben, ist der Diskriminator 25 so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal nur dann abgibt, wenn die Bedingung gemäß der Gleichung 12 erreicht wird.In order to perform the function of a conductance relay, the discriminator 25 is designed so that it has an output signal only outputs if the condition according to equation 12 is met.

Es ist also ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung (gemäß Fig. 5) die Funktionen von verschiedenen Arten von Schulzrelais erfüllen kann, indem der Diskriminator geeignet ausgelegt wird. Im folgenden soll beschrieben werden, wie tatsächlich die verschiedenen Größen berechnet werden, die erhalten werden müssen, um die Funktionen der Schutzrelais zu analysieren.It can thus be seen that the arrangement according to the invention (according to FIG. 5) has the functions of various Types of Schulz relays can meet by the discriminator is designed appropriately. The following describes how actually the various quantities are calculated that must be obtained in order to perform the functions of the protection relays analyze.

Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist. wird das Wechselstromsignal mit einer konstanten Periode abgetastet, um die entsprechende Digitalinformation zu liefern.As shown in FIG. 5 can be seen. the AC signal is sampled with a constant period, to provide the corresponding digital information.

die dann in den Diskriminator eingespeist wird, dei auf Grund der erhaltenen Digitalinformation entscheidet, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt wire oder nicht, wobei der Gesamtbetrieb der einzelner Stufen durch die Steuerschaltung gesteuert wird. Die weiter unten angegebenen Programmlaufpläne entsprechen den Diskriminations- oder Entscheidungsoperationen, die hauptsächlich dem Diskriminatoi zugeordnet sind.which is then fed into the discriminator, dei on the basis of the digital information obtained, a decision is made as to whether a predetermined condition is met or not, the overall operation of the individual stages being controlled by the control circuit. the The program flowcharts given below correspond to the discrimination or decision-making operations, which are mainly used by the discriminatoi assigned.

1. Programmablaufplan zur Nullstellenerfassung1. Program flow chart for zero point acquisition

Fig. 7 zeigt einen Programmablaufplan für di< Erfassung der Nullstellen eines Wechselstromsignals Durch eine Operation 101 wird ein Beginn wie durcl eine Unterbrechung ausgelöst. Eine derartige Unter brechung kann einer der Abtastimpulse I1, t2 ... sein die an Hand von Fig. 1 bis 4 beschrieben worden sin< und die dazu dienen, diesen Programmablauf für di Nullstellenerfassung auszulösen; es kann sich abe7 shows a program flow chart for the detection of the zeros of an alternating current signal. An operation 101 triggers a start such as an interruption. Such an interruption can be one of the sampling pulses I 1 , t 2 ... which have been described with reference to FIGS. 1 to 4 and which serve to trigger this program sequence for the zero point detection; it can be

auch um andere Signale handeln, durch die der Rechner anderen Zwecken angepaßt wird.also act around other signals through which the computer is adapted to other purposes.

Durch eine Verzweigung 103 wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob die Unterbrechung für den Beginn des Nullstellenerfassungs-Programmablaufs ist oder nicht. Der Programmablauf folgt der Ablauflinie JA, wenn die Unterbrechung für den Beginn des Nullstellen-Erfassungsablaufs vorgesehen ist, ansonsten der anderen Ablauflinie NEIN. Wenn der Programmablauf entlang der Ablauflinie NEIN fortschreitet, und zwar infolge der durch die Verzweigung 103 getroffenen Entscheidung, beendet der Rechner den Entscheidungsbetrieb und wendet sich einem anderen Auftrag oder Job durch die Operation 104 zu. Wenn das Ergebnis der Entscheidung durch die Verzweigung 103 JA ist, wird der Momentanwert eines Wechselstromsignals A(t) im Zeitpunkt i„, d.h. A(t„), durch eine Operation 105 gelesen. Durch eine Operation 107 wird das Produkt AUn- U- A(In) des Momenlanwerts /!((„_,) an einem Abtastpunkt i„_, unmittelbar vor dem Abtastpunkt t„ mit dem Wert A(t„) gebildet. An einer Verzweigung 109 wird entschieden, ob der Wert des durch die Operation 107 berechneten Produkts gleich oder kleiner Null oder größer als Null ist. Wenn das Produkt gleich oder kleiner als Null ist, d.h. /4(i„_,)· AUn) < 0, dann folgt der Programmablauf der JA-Ablauflinie und gelangt zu einer Operation 111. Wenn das Produkt größer als Null ist, d.h. AU„-X) · AUn) > 0. folgt der Programmablauf der NEIN-Ablauflinie, um zu einer Operation 110 zu gelangen, wo der Rechner diesen Auftrag beendet und einen anderen Auftrag aufnimmt. Wenn das Ergebnis der Entscheidung in der Verzweigung 109 JA ist, werden durch die Operation 111 K11 und Ir12 entsprechend dem Verfahren von F i g. 1 berechnet. Die Nullstelle des Wechselstromsignals A U) kann also aus den Daten in bezug auf den Abtastpunkt t„^l oder f„ berechnet werden. Dann beendet der Rechner diesen Auftrag und nimmt einen anderen Auftrag durch eine Operation 113 auf.A decision is made through a branch 103 as to whether or not the interruption is for the start of the zero position detection program flow. The program flow follows the process line YES if the interruption is provided for the start of the zero position detection process, otherwise the other process line NO. If the program flow proceeds along the flow line NO as a result of the decision made by the branch 103, the computer ends the decision operation and turns to another order or job through the operation 104. If the result of the decision through branch 103 is YES, the instantaneous value of an alternating current signal A (t) at time i ″, ie A (t ″), is read by an operation 105. An operation 107 forms the product AU n - U - A (I n ) of the instantaneous value /! (("_,) At a sampling point i" _, immediately before the sampling point t "with the value A (t") . At branch 109 it is decided whether the value of the product calculated by operation 107 is equal to or less than zero or greater than zero. If the product is equal to or less than zero, ie / 4 (i "_,) · AU n ) <0, the program flow follows the YES flow line and arrives at an operation 111. If the product is greater than zero, ie AU "- X ) * AU n ) > 0. the program flow follows the NO flow line to arrive at a To go to operation 110, where the computer finishes this job and starts another job. When the result of the decision in branch 109 is YES, K 11 and Ir 12 are determined by operation 111 according to the method of FIG. 1 calculated. The zero point of the alternating current signal AU) can thus be calculated from the data with respect to the sampling point t 1 or f 1. The computer then ends this job and takes up another job through an operation 113.

2. Programmablaufplan für die
Pasendifferenzerfassung
2. Program flow chart for the
Passage difference detection

F i g. 8 zeigt einen Programmablaufplan für die Erfassung der Phasendifferenz zwischen den beiden Wechselstromsignalen A(t) und ß(i). In diesem Programmablaufplan sind die Operationen 101 bis 111 ähnlich den mit den gleichen Bezugszahlen im Programmablauf von F i g. 7 bezeichneten. Ein größerer Unterschied besteht nur darin, daß zwei Wechselstromsignale A U) und B(t) eingegeben werden. Ferner wird, nachdem /Jfn und Atn durch die Operation 111 berechnet worden sind, die Operation der Verringerung des Koeffizienten k von .1 f auf Null vorgenommen wird, wie noch später beschrieben wird, und zwar durch eine Operation 112: selbst wenn das Ergebnis der Entscheidung durch die Operation 109 NEIN ist. nimmt der Rechner nicht sofort einen anderen Auftrag auf, sondern eine Operation 115 wird erreicht, um das Produkt B(fn_,) · B(f„) zu berechnen. Durch eine Operation 117 wird entschieden, ob das Produkt gleich oder kleiner Null oder größer Null ist. ähnlich wie durch die Operation 109. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 117 JA ist, d.h. B(t„~\) ■ B(tn) ^ 0, werden .It1', und Ii1', durch eine Operation 119 berechnet, um die Nullstellen des Wechselstromsignals B(I) zu gewinnen. Durch eine Operation 120, die später genauer erläutert werden wird, wird die Verringerung des Koeffizienten k von It auf Null vorgenommen. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 117 NEIN ist, was dem Punkt f3 in F i g. 3 entspricht, wird der Koeffizient k von If in k + 1 geändert, indem Eins durch eine Operation 121 dazuaddiert wird, wobei k der Faktor von It ist, der bei der Phasendifferenzberechnung auftritt. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 119 und der Operation 117 JA ist, werden nicht nur /If11 und .It12 F i g. 8 shows a program flow chart for the detection of the phase difference between the two alternating current signals A (t) and β (i). In this program flow chart, operations 101 to 111 are similar to those with the same reference numerals in the program flow of FIG. 7 designated. The only major difference is that two AC signals AU) and B (t) are input. Further, after / Jf n and At n are calculated by the operation 111, the operation of decreasing the coefficient k from .1 f to zero is performed, as will be described later, by an operation 112: even if so The result of the decision by the operation 109 is NO. if the computer does not immediately take up another order, instead an operation 115 is reached in order to calculate the product B (f n _,) · B (f n). An operation 117 decides whether the product is equal to or less than zero or greater than zero. similar to that by the operation 109. If the decision result of the operation 117 is YES, that is, B (t "~ \) ■ B (t n ) ^ 0, .It 1 ', and Ii 1 ', are calculated by an operation 119, to obtain the zeros of the alternating current signal B (I) . An operation 120, which will be explained in more detail later, reduces the coefficient k of It to zero. When the decision result of the operation 117 is NO, which corresponds to the point f 3 in FIG. 3, the coefficient k is changed from If to k + 1 by adding one to it by an operation 121, where k is the factor of It which occurs in the phase difference calculation. When the decision result of operation 119 and operation 117 is YES, not only / If 11 and .It 12 become

ίο oder .IfJ1 und At'n durch die Operation 111 bzw. 119 berechnet, sondern es wird auch die Operation 133 erreicht, wo die Phasenvoreilung oder -verzögerung zwischen den Wechselstromsignalen AU) und BU) erfaßt wird. Diese Erfassung wird entsprechend dem Verfahren von Fig. 4a bis 4k durchgeführt. Durch eine Operation 125 wird das Produkt k ■. 11 der Anzahl k der Abtastimpulse, die nicht für die Gewinnungίο or .IfJ 1 and At ' n are calculated by operation 111 or 119, but operation 133 is also reached, where the phase advance or delay between the alternating current signals AU) and BU) is detected. This detection is carried out according to the method of FIGS. 4a to 4k. An operation 125 becomes the product k ■. 1 1 the number k of sampling pulses that are not used for the extraction

■ der Nullstelle einschlägig sind, und der Abtastperiode. If berechnet. Durch eine Operation 127 wird die Phasendifferenz q auf der Grundlage der Formeln 6 und 7 berechnet. An der Operation 121 oder 127 kann diese Phasendifferenzberechnung enden, jedoch ist zur genauen Simulation der Funktion eines Relais, das ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Beziehung zwischen der Phasendifferenz γ und einem vorgegebenen Wert q0 so ist, daß q ^ 9 0 oder ψ < 9Ό ist, eine andere Operation 129 vorgesehen, um diese Beziehung zu prüfen. Entsprechend den Ergebnissen der vorhergehenden Prüfung werden die entsprechenden Ausgangssignale abgegeben oder kann eine Operation 131 für einen anderen Auftrag erreicht werden.■ the zero point are relevant, and the sampling period. If calculated. An operation 127 calculates the phase difference q based on the formulas 6 and 7. This phase difference calculation can end at operation 121 or 127, but for the exact simulation of the function of a relay that generates an output signal only if the relationship between the phase difference γ and a predetermined value q 0 is such that q ^ 9 0 or ψ < 9Ό, another operation 129 is provided to check this relationship. Depending on the results of the previous test, the corresponding output signals are issued or an operation 131 can be reached for another job.

3. Programmablaufplan für die Frequenzerfassung3. Program flow chart for frequency acquisition

F i g. 9 zeigt einen Programmablaufplan für die Frequenzerfassung eines Wechselstromsignals A U)- In diesem Programmablaufplan haben die Operationen 101 bis 109 und die Operation 111 die gleiche wie die entsprechenden Operationen 101 bis 109 sowie 111 im Programmablaufplan für die Nullstellenerfassung. Wenn AU„-\)· AUn) > 0 ist. folgt der Programmablauf der NEIN-Ablauflinie, um die Operation 121 zu erreichen, wo eine Eins zu der gespeicherten Zahl k der Abtastimpulse addiert wird, die nicht für die Gewinnung der Nullstelle einschlägig sind, um k + 1 zu bilden. Der Rechner nimmt dann einen anderen Auftrag durch die Operation 130 auf. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 JA ist, wird die Operation 111 erreicht, um If11 und If12 zu erzeugen. Dann wird eine Operation 133 erreicht, um eine Periode T zu berechnen, die z. B. aus der Formel 5 errechnet wird. Der Faktor von ,11 an einem bestimmten, speziellen Abtastpunkt ist der Wert am speziellen Abtastpunkt der Zahl fc, gespeichert im Rechner bei der Operation 121. Durch eine Operation 135 wird die Differenz zwischen der Periode T. erhalten durch die Operation 133, und einem vorgegebenen Wert T0, gewonnen. Es wird dann entschieden durch eine Operation 137, ob T - T01 ^ 0 ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis JA ist, folgt der Programmablauf der Ablauflinic JA. um ein Ausgangssignal 1 abzugeben, das anzeigt, daß die Frequenz unter einen bestimmten Pegel gefallen ist. Wenn die Bedingung T - 7"01 ^ 0 nicht erfüllt wird, läuft das Programm entlang der NEIN-Ablaufiinic. um zu einer Operation 139 zu gelangen. Durch die Operation 139 wird T - T01 aus der Periode 7' und dem vorgegebenen Wert 7Jn berechnet und durch eine Operation 141F i g. 9 shows a program flow chart for frequency detection of an AC signal AU) - In this program flow chart, operations 101 to 109 and operation 111 are the same as corresponding operations 101 to 109 and 111 in the program flow chart for zero position detection. If AU “- \) · AU n ) > 0. the program flow follows the NO flow line to reach operation 121, where a one is added to the stored number k of sampling pulses which are not relevant to the extraction of the zero to form k + 1. The computer then accepts another job through operation 130. When the decision result of operation 109 is YES, operation 111 is reached to generate If 11 and If 12 . Then an operation 133 is reached to calculate a period T which is e.g. B. is calculated from Formula 5. The factor of, 1 1 at a certain particular sampling point is the value at the particular sampling point of the number fc stored in the computer at operation 121. By operation 135, the difference between the period T is obtained by operation 133, and one predetermined value T 0 , obtained. It is then decided by an operation 137 whether or not T- T 01 ^ 0. When the decision result is YES, the program flow follows the sequence line YES. to give an output signal 1 indicating that the frequency has fallen below a certain level. If the condition T - 7 " 01 ^ 0 is not met, the program runs along the NO sequence logic to arrive at an operation 139. Through operation 139, T - T 01 is made from the period 7 'and the predetermined value 7J n is calculated and performed by an operation 141

wird entschieden, ob das berechnete Ergebnis der Bedingung T — T01 ^O genügt. Wenn diese Bedingung erfüllt wird, läuft das Programm entlang der JA-Ablauflinie, um ein Ausgangssignal 2 abzugeben, das anzeigt, daß die Frequenz über einen bestimmten Pegel hinaus angestiegen ist. Andererseits, wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, läuft das Programm entlang der NEIN-Ablaufiinie, um die Operation 130 zu erreichen. Durch die Operation 130 nimmt der Rechner einen anderen Auftrag oder Job auf.it is decided whether the calculated result satisfies the condition T - T 01 ^ O. If this condition is met, the program will run along the YES flow line to provide an output 2 indicating that the frequency has risen above a certain level. On the other hand, if this condition is not met, the program will follow the NO flowline to reach operation 130. Through operation 130, the computer takes on another order or job.

4. Programmablaufplan Tür die Spitzenwerterfassung4. Program flow chart door the peak value recording

Fig. 10 zeigt einen Programmablaufplan für die Simulation der Funktion eines Spitzenwerterfassungsrelais. Auch in diesem Fall haben die Operationen 101 bis 109 sowie 111 dieselbe Bedeutung wie die entsprechenden Operationen im Programmablaufplan für die Nullstellenerfassung. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 NEIN ist, wird die Operation 129 erreicht, um k + 1 zu speichern, welcher Wert gewonnen worden ist, indem eine Eins zur Anzahl k der Abtastimpulse addiert worden ist, die für die Gewinnung der Nullstelle nicht einschlägig sind. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 JA ist und daher J tn und J t12 ddrch die Operation 111 berechnet werden, wird die gespeicherte Anzahl k durch eine Operation 149 auf Null gelöscht. Durch eine Operation 151 wird Atn + k ■ At berechnet, durch eine Operation 153 sin (Ji12 + k · A r). Schließlich wird ein Spitzenwert Amax über die Formeln 9, 9' und 9" durch die Operation 155 berechnet. Da erfindungsgemäß der Zeitpunkt, zu dem die Folge von Rechnungen begonnen wird, jedesmal erneuert wird, wenn das Wechselstromsignal Null wird, wird der Absolutwert von A„mx durch eine Operation 157 berechnet. Durch eine Operation 159 wird die DifferenzU,„aJ — A01 zwischen Amax und einem vorgegebenen ^'ert/I01 berechnet. Durch eine Operation 161 wird entschieden, ob der Zustand\Amax\ — A01 ^ 0 erfüllt ist oder nicht. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird ein Ausgangssignal 1 abgegeben. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird eine Operation 163 erreicht, um Umaxl — Λ02 zu berechnen, wobei A02 ein anderer Einstellwert ist. Es wird dann durch eine Operation 165 entschieden, ob die Bedingung\Ama J — A02 ^ 0 erfüllt ist oder nicht. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird ein Ausgangssignal 2 abgegeben, während sonst eine Operation 167 erreicht wird, so daß der Rechner einen anderen Auftrag aufnimmt. Da also das Ausgangssignal 1 erhalten wird, wenn \Am 10 shows a program flow chart for simulating the function of a peak value detection relay. In this case, too, the operations 101 to 109 and 111 have the same meaning as the corresponding operations in the program flow chart for zero position detection. If the decision result of operation 109 is NO, operation 129 is reached in order to store k + 1, which value has been obtained by adding a one to the number k of sampling pulses which are not relevant to the extraction of the zero. If the decision result of operation 109 is YES and therefore J t n and J t 12 are calculated by operation 111, the stored number k is cleared to zero by an operation 149. An operation 151 calculates At n + k · At , and an operation 153 calculates sin (Ji 12 + k · A r). Finally, a peak value A max is calculated using formulas 9, 9 'and 9 "by operation 155. Since, according to the invention, the point in time at which the sequence of calculations is started is renewed every time the AC signal becomes zero, the absolute value of a "mx computed by an operation 157 through operation 159, the DifferenzU is." a J -. a 01 'ert / calculated between a max and a predetermined ^ I 01, by an operation 161 it is decided whether the state \ a max \ - A 01 ^ 0 is met or not. If this condition is met, an output signal is output 1. If this condition is not met, an operation 163 is reached in order to calculate Umaxl - Λ02, where A 02 is a different setting value It is then decided by an operation 165 whether or not the condition \ A ma J - A 02 ^ 0 is fulfilled If the condition is fulfilled, an output signal 2 is given, while otherwise an operation 167 is reached so that the Calculator a another job. Since the output signal 1 is obtained when \ A m

selbst nach denjenigen Operationen durchgeführt, durch die der Spannungsspitzenwert, der Stromspitzenwert und die Phasen-Differenz erhalten werden. In dem Programmablaufplan von Fig. 11 tritt zunächst eine Operation zur Gewinnung der Phasendifferenz φ auf, zweitens eine Operation zur Gewinnung von Spitzenwerten und schließlich eine Operation zur Leistungsberechnung. Entsprechend sind die Operationen vor einer Operation 171, wo sin At12 + k· At + φ berechnet wird, äquivalent bis auf eine zusätzliche Operation 124 den entsprechenden Operationen im Programmablauf in F i g. 8. Die Beschreibung der Operation 124 soll weiter unten erfolgen. Durch die Operationen 171 bis 177 werden die Spitzenwerte von Spannung und Strom gewonnen, jedoch ist die Gewinnung der Spitzenwerte die gleiche wie in dem Fall, daß zwei Eingangssignale den Operationen 153 und 157 im Programmablauf von Fig. 10 zugeführt werden. Die Ursache dafür, daß die Berechnung durch die Operation 171 verknüpft ist mit einem Winkel(Af12 + k-.it+ ψ) und jede Operation 175 mit einem WinkeUJtu + k- At + ψ) wird weiter unten erläutert werden. Es soll jetzt der Fall betrachtet werden, daß die Berechnung unter Bezugnahme auf den Abtastpunkt I6 durchgeführt wird. Bezüglich B{t) ist der Spitzenwert Bmax durch die folgende Formel gegeben:performed even after the operations by which the voltage peak value, the current peak value and the phase difference are obtained. In the program flow chart of FIG. 11, there is first an operation for obtaining the phase difference φ, secondly an operation for obtaining peak values, and finally an operation for calculating power. Correspondingly, the operations before an operation 171, where sin At 12 + k · At + φ is calculated, are equivalent to the corresponding operations in the program flow in FIG. 1, with the exception of an additional operation 124. 8. Operation 124 is described below. The peak values of voltage and current are obtained by operations 171 to 177, but the recovery of the peak values is the same as in the case where two input signals are applied to operations 153 and 157 in the flow of FIG. The reason why the calculation by operation 171 is associated with an angle (Af 12 + k-.it + ψ) and each operation 175 with an angle UJtu + k-At + ψ) will be explained below. Let us now consider the case where the calculation is performed with reference to the sampling point I 6 . With regard to B {t) , the peak value B max is given by the following formula:

A01 S 0 A 01 S 0

ist, tritt das Ausgangssignal 1 für \Amax] A01 auf. Das Ausgangssignal 1 ist äquivalent dem Ausgangssignal von einem Relais wie einem Unterspannungsrelais. Ähnlich wird das Ausgangssignal 2 abgegeben, wenn UmJ - A01 ^ 0 gilt, d.h. \AmJ ^ A01, daher entspricht das Ausgangssignal 2 dem Ausgangssignal von einem Relais wie einem Uberspannungsrelais oder einem Uberstromrelais.the output signal 1 occurs for \ A max ] - A 01 . The output signal 1 is equivalent to the output signal from a relay such as an undervoltage relay. Output signal 2 is issued similarly when UmJ - A 01 ^ 0 applies, ie \ A m J ^ A 01 , therefore output signal 2 corresponds to the output signal from a relay such as an overvoltage relay or an overcurrent relay.

5. Programmablaufplan für die Leistungserfassung5. Program flow chart for the recording of services

Fig. 11 zeigt einen Programmablaufplan für die Simulation der Funktion des oben beschriebenen Leistungserfassungs-Relais. Wie bereits im Zusammenhang der Erläuterung eines Leistungserfassungs-Relais ausgeführt worden ist, sind die Spitzenwerte der Spannung und des Stroms zusammen mit der Phasendifferenz φ dazwischen erforderlich, um die Leistung zu berechnen. Daher wird die Berechnung der Leistung11 shows a program flow chart for simulating the function of the power detection relay described above. As has already been explained in connection with the explanation of a power detection relay, the peak values of the voltage and the current together with the phase difference φ between them are required in order to calculate the power. Hence the calculation of the power

5555

6060

IJ ' * o/ ' IJ '* o / '

Dma* - |sin(ir;2+ li)| ' Dma * - | sin (ir; 2 + li) | '

während der Spitzenwert von A(t), d.h. Amax berechnet werden sollte:while the peak value of A (t), i.e. A max should be calculated:

"max ~"max ~

\A(tb)\\ A (t b ) \

I sin ( IiZ2 + Ii + ψ)\ 'I sin (IiZ 2 + Ii + ψ) \ '

Die Formen dieser Formeln werden bei der Berechnung im Abtastpunkt tg vertauscht, d. h., die Phasendifferenz q wird bei der Berechnung von Bmax berücksichtigt. Durch die Operation 124 wird bestimmt, welcher der Operationen 171 und 175 die Phasendifferenz ψ zugeführt werden sollte. Das heißt, für jeden Abtastpunkt nach der Nullstelle von A(t) wird die Phasendifferenz der Operation 175 zugeführt, wo die Berechnung von Bmax vorbereitet wird, während für jeden Abtastpunkt nach der Nullstelle von B(t) die Phasendifferenz der Operation 171 zugeführt wird, wo die Berechnung von Amax vorbereitet wird. A(tf und ß(f) bedeuten entsprechend Spannung und Strom- bzw. Strom und Spannung. Durch eine Operation 179 wird P=VI cos y berechnet. In diesem Fall kann ein spezieller Wert von cos γ von einem der cos ir-Werte erhalten werden, die vorher gespeichert worden sind, und zwar entsprechend einem speziellen Wert von φ. Durch eine Operation 181 wird die Differenz zwischen der so erhaltenen Leistung P und einem vorgegebenen Wert F01 erfaßt, anschließend wird entschieden, ob die Differenz Null oder negativ ist, und zwar durch eine Operation 183. Wenn die Differenz Null oder positiv ist, wird ein Ausgangssignal abgegeben, ansonsten wird eine Operation 185 erreicht, so daß der Rechner einen anderen Auftrag aufnimmt.The forms of these formulas are interchanged in the calculation at sampling point t g , that is, the phase difference q is taken into account in the calculation of B max. Operation 124 determines which of operations 171 and 175 the phase difference ψ should be applied to. That is, for each sampling point after the zero of A (t) the phase difference is fed to operation 175, where the calculation of B max is prepared, while for each sampling point after the zero of B (t) the phase difference is fed to operation 171 where the calculation of A max is prepared. A (tf and β (f) respectively mean voltage and current and current and voltage, respectively. P = VI cos y is calculated by an operation 179. In this case, a special value of cos γ can be obtained from one of the cos ir values which have been previously stored, namely corresponding to a special value of φ. An operation 181 detects the difference between the power P obtained in this way and a predetermined value F 01 , then a decision is made as to whether the difference is zero or negative, by an operation 183. If the difference is zero or positive, an output signal is given, otherwise an operation 185 is reached so that the computer accepts another job.

6. Programmablaufplan für Impedanzerfassung6. Program flow chart for impedance acquisition

Fig. 12 zeigt einen Programmablaufplan für die Simulation der Funktion des oben beschriebenen Impedanzrelais. Aus der Formel 11 ist ersichtlich, daß das Impedanzrelais auch simuliert werden kannFig. 12 shows a program flow chart for simulating the function of that described above Impedance relay. From formula 11 it can be seen that the impedance relay can also be simulated

(O(O

durch Gewinnung von V, I und cos φ, so daß die Operationen 101 bis 177 in F ig. 12 vollständig durch die entsprechenden Operationen im Programmablaufplan von Fig. 11 ersetzt werden können. Durch Operationen 191, 193 und 195 werden Z, X bzw R berechnet. Durch eine Operation 197 wird entschieden, ob die Leitwert-Kennlinie von F i g. 6 erfüllt wird oder nicht, eine weitere Entscheidung erfolgt durch eine Operation 199. Wenn das Entscheidungsergebnis JA ist, wird ein Ausgangssignal abgegeben, ansonsten ,0 wird eine Operation 201 erreicht, und der Rechner nimmt einen anderen Auftrag auf.by obtaining V, I and cos φ so that operations 101 through 177 in FIG. 12 can be completely replaced by the corresponding operations in the program flow chart of FIG. Operations 191, 193, and 195 compute Z, X, and R, respectively. An operation 197 decides whether the conductance characteristic of FIG. 6 is satisfied or not, a further decision is made by an operation 199. If the decision result is YES, an output signal is given, otherwise, 0, an operation 201 is reached and the computer takes up another job.

F i g. 13 zeigt ein Ausmhrungsbeispiel des Diskriminators 25, der aus einigen Einheiten besteht, welche ieweils eine einzelne Funktion aufweisen, und der fiir ,5 die PhasendifTerenzerfassung, die an Hand von F i g. 8 beschrieben wurde, ausgelegt ist. Normalerweise wird das Rechenwerk eines Digitalrechners als Disknminatör verwendet. Zur besseren Erläuterung ist jedoch die Stufe als Zusammenschaltung von Einfunkt.onse.nheiten dargestellt. In Fig. 13 sind, soweit möglich, dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 5 verwendet. Ein Unterbrechungsfaktoranalysator J liefert z. B. in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Generators 11 ein Autgangssignal J1, das die Steuerschaltung 17 an- ,5 steuert. Entsprechend sendet die Steuerschaltung 17 an einen Speicher K einen Befehl £„ daß der Speieher K Digitaldaten speichern soll, die über d^e Eingabeschaltung in Fi g. 5 erhalten werden. Die Steuerfchaltungl7 sendet nach Empfang eines Signal Kl darüber, daß die Speicherung durch den Speicher K beendet worden ist, an einen Multiplizierer L einen Befehl E2, daß das Produkt A(Q ■ A(In^1) zu bilden ist [im Fall von Bit) das Produkt B(In)-B(In^)I F i g. FIG. 13 shows an exemplary embodiment of the discriminator 25, which consists of several units, each of which has a single function, and for the phase difference detection, which is based on FIG. 8 is designed. Normally the arithmetic unit of a digital computer is used as a disc minator. For a better explanation, however, the stage is shown as an interconnection of single-function units. In FIG. 13, the same reference numerals as in FIG. 13 are used as far as possible. 5 used. An interruption factor analyzer J provides e.g. B. in dependence on the output signal of the generator 11 an output signal J 1 , which the control circuit 17, 5 controls. Correspondingly, the control circuit 17 sends a command to a memory K that the memory K is to store digital data which are transmitted via the input circuit in FIG. 5 can be obtained. The control circuit 17 sends, after receiving a signal Kl that the storage by the memory K has ended, to a multiplier L an instruction E 2 that the product A (Q · A (I n ^ 1 ) is to be formed [in the case of bit) the product B (I n ) -B (I n ^) I

Wie bereits beschrieben worden ist, ist ersichtlich, daß für A(Q · A(^1) g 0 die Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) zwischen t. und fn_, hegt Ein Vorzeichendiskriminator M unterscheidet das Vorzachen des Produkts A(Q -A(^1) auf der Grundlage der vom Multiplizierer L erhaltenen Daten. Wenn das Produkt positiv ist, wird ein Ausgangssignal M1 ab-As has already been described, it can be seen that for A (Q * A (^ 1 ) g 0 the zero point of the alternating current signal A (t) lies between t. And f n _, A sign discriminator M distinguishes the sign of the product A (Q -A (^ 1 ) on the basis of the data obtained from the multiplier L. If the product is positive, an output signal M 1 is obtained-

und Se ^;and Se ^;

den Wechsebtromsi
zugehörigen Formen^£
knminator ermittelt werden
the alternating currentsi
associated forms ^ £
knmi n ator can be determined

zah t diecount them

nachbarten d.h. die Ana hl derneighboring i.e. the analogs

winaung der Nullst eilewinaung the zero parts

wacht standig ^ Aukeeps watch ^ ow

»erwende, werde. W- fcA^gl S»Use, will. W- fcA ^ gl S

diese Signaldiagramme^(O und B(Q odeτ /U,- J und Btf.-i) verglichen und die Zeiten I01 und I02 hallen werden. , Fig. 4these signal diagrams ^ (O and B (Q odeτ / U, - J and Btf.-i) are compared and the times I 01 and I 02 are reverberated., Fig. 4

ng im Phasendis-Bezugnahme auf 4 a bis 4 k. Ein Zähler 0 η zwischen zwei be-Wechselstromsignals, „jlse, die nicht zur Ge-C11C6—en. Der Zähler 0 über-Ausgangssignal des Vorze.chen-• Eins zur Anzah! ""■· dort gespeicherten Abtastimpulse, wenn dng in phase dis with reference to Figures 4a through 4k. A counter 0 η between two be alternating current signals, "jlse, which are not used for C11C6 -en. The counter 0 over output signal of the sign - • One to the number! "" ■ · sampling pulses stored there, if d

gangssignal positiv ist, d.h. M1, und ^ ges,xicLte Anzahlinformation wenn das Ausgangsoutput signal is positive, ie M 1 , and ^ ges, xicLte number information if the output

signal Null oder negativ ist, d.h. M2. Das^ Inter vall r2 - r4 in F i g. 3, d. h. 2 A t m der Formel 6, kannsignal is zero or negative, i.e. M 2 . The ^ interval r 2 - r 4 in F i g. 3, ie 2 A t m of formula 6, can

ΪΑίίίϊβϊβΪΑίίίϊβϊβ

ablaufplans von Fig. 8. Ein Phasendifferenzrechenglied Q berechnet die Phasendifferenz zwischen WechfelstromsignalenAW und B(t) aus dem Ausgangssignal des Zählers 0, dem Ausgangssignal des Phasen diskriminator* JV, A(t) und B(t), A(Q sowie A(l,-i und BU ,) Der Phasendisknminator N zeigt nicht nur die Phasenlage zwischen den Wechsdstromsignalen A(t) und B(t) an. sondern liefert auch die ge-flow chart of Fig. 8. A phase difference calculator Q calculates the phase difference between alternating current signals AW and B (t) from the output signal of the counter 0, the output signal of the phase discriminator * JV, A (t) and B (t), A (Q and A ( l, -i and BU ,) The phase discriminator N not only shows the phase position between the alternating current signals A (t) and B (t) , but also provides the

3030th

3535

4o 4 o

der Analogdaten in die entsprechenden Difitaldaten B the analog data into the corresponding difital data B

nen können auch im Fall des Wechselstromsignals B(t) Zahlers U. nen can also in the case of the alternating current signal B (t) counter U.

austhe end

1 *- 1 * -

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum digitalen Bestimmen der Lage der Nulldurchgänge eines sinusförmigen Wechselstromsignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselstromsignal mit einer festen Abtastperiodendauer Ji = t„ — tn_lt die kleiner ist als die Hälfte der Periodendauer T des Wechselstromsignals, in seiner Amplitude A(t) abgetastet wird, daß die ermittelten Amplitudenwerte über eine vorgebbare Zeit hinweg gespeichert und für jeweils zwei aufeinanderfolgende Abtastungen paarweise miteinander multipliziert werden, daß das Vorzeichen der erhaltenen Amplitudenwertprodukte bestimmt wird und daß für jedes Amplitudemvertpaar A(In^1) und A(tn), für das sich ein Produkt -4(t„_i) - A{t„) < 0 ergibt, der Abszissenschnittpunkt für eine durch diese Amplitudenwerte hindurchgehende Gerade berechnet wird (Fig. ]).1. A method for digitally determining the position of the zero crossings of a sinusoidal alternating current signal, characterized in that the alternating current signal with a fixed sampling period Ji = t " - t n _ lt is less than half the period T of the alternating current signal, in its amplitude A ( t) is sampled, that the determined amplitude values are stored over a predeterminable time and are multiplied in pairs for two consecutive samplings, that the sign of the amplitude value products obtained is determined and that for each amplitude value pair A (I n ^ 1 ) and A (t n ), for which a product -4 (t "_i) - A {t") <0 results, the point of intersection of the abscissa for a straight line passing through these amplitude values is calculated (FIG. 1). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselstromsignals ermittelt wird, indem die Periodendauer T des Wechselstromsignals aus dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nullstellen des Wechselstromsignals gewonnen wird (F i g. 2).2. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the alternating current signal is determined by taking the period T of the alternating current signal from the time interval is obtained between two successive zeros of the alternating current signal (FIG. 2). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz zwischen zwei verschiedenen Wechselstromsignalen ermittelt wird aus zwei aufeinanderfolgenden Nullstellen des einen der beiden Wechselstromsignale und der Nullstelle des anderen der beiden Wechselstromsignale, die in das Zeitintervall zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Nullstellen des erstgenannten Wechselstromsignals fällt (F i g. 3).3. The method according to claim 1, characterized in that the phase difference between two different alternating current signals is determined from two successive zeros of the one of the two alternating current signals and the zero point of the other of the two alternating current signals, those in the time interval between the two successive zeros of the former AC signal falls (Fig. 3). 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei Wechselstromsignalen, von denen das eine der Wechselspannung an den Enden eines Verbrauchers und das andere dem durch den Verbraucher fließenden Wechselstrom entspricht, die Impedanz des Verbrauchers ermittelt wird dmch Berechnung des Quotienten aus Spannung und Strom unter Berücksichtigung der erhaltenen Phasendifferenz.4. The method according to claim 3, characterized in that from two alternating current signals from which one of the alternating voltage at the ends of a consumer and the other to the Consumers flowing alternating current corresponds, the impedance of the consumer is determined dmch calculation of the quotient of voltage and current, taking into account the Phase difference. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei Wechselstromsignalen, von denen das eine der Wechselspannung an den Enden eines Verbrauchers und das andere dem durch den Verbraucher fließenden Wechselstrom entspricht, die Leistung im Verbraucher als das Produkt aus Wechselstrom, Wechselspannung und Kosinus der erhaltenen Phasendifferenz berechnet wird.5. The method according to claim 3, characterized in that from two alternating current signals from which one of the alternating voltage at the ends of a consumer and the other to the Consumers flowing alternating current corresponds to the power in the consumer as the product AC current, AC voltage and cosine of the obtained phase difference is calculated. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert des Wechselstromsignals gewonnen wird als der Quotient aus einem Abtastwert des Wechselstromsignals und dem Sinus eines Winkels, der dem Zeitintervall zwischen dem diesem Abtastwert entsprechenden Ablastzeitpunkt und der nächstgelegenen Nullstelle des Wechselstromsignals entspricht.6. The method according to claim 1, characterized in that that the peak value of the alternating current signal is obtained as the quotient of a Sample of the AC signal and the sine of an angle corresponding to the time interval between the sampling time corresponding to this sampling value and the nearest zero point of the AC signal corresponds.
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